[发明专利]一种大孔Ce‑Zr基复合金属氧化物催化剂及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于环境净化技术领域，尤其涉及一种同时消除柴油车排放PM和NO的大孔Ce-Zr基复合金属氧化物催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

近年来，我国环境污染日益严重，这种现象不仅发生在北京，乃至全国都很普遍。2013年，我国1/4的国土面积，6亿人，17个省份，多次遭受雾霾的侵袭，其中颗粒物PM2.5的排放是罪魁祸首。在2013年1月9-15日，北京PM2.5最高值达680，大于300超过46小时。导致这一环境污染危机出现的一个重要原因是随着社会经济的发展和我国人民生活水平的提高，我国汽车的保有量的持续增加。汽车在给人们生活带来便利的同时，也造成了一定的环境污染问题。汽车的大量使用加重了城市、区域和全球的空气污染，汽车排放的CO₂也是温室效应的直接来源。而机动车污染已经成为城市中最主要的大气污染源。在中国，城市污染日益严重并逐步由“煤烟型污染”向“机动车型污染”过渡，一些城市已被列入世界上污染最严重的城市之一。

为了缓解汽车给人们生活带来的环境污染问题，采用柴油车来替代汽油车的方案备受人们的青睐。与汽油机相比，柴油机因其热效率高、经济性好、CO₂排放量低，动力性能优异等优点而被广泛应用。柴油机能缓解能源短缺，符合“低碳”排放标准，因此汽车柴油化是大势所趋。但是柴油车所排放的污染物仍然不能忽视。柴油车排放的主要污染物包括CO、HC、碳烟颗粒(PM)和NOx严重威胁着人类健康。其中，CO是无色的有毒气体，容易与人体血液中输送氧的载体血红蛋白结合，导致血液的输氧能力下降,造成人体缺氧。轻者使人头疼、昏眩甚至反应迟钝,重者使人神经机能下降，直至死亡。HC包括未燃烧和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解和部分氧化产物。其中C₂H₄在大气中的浓度达十万分之一时,能使一些植物发育异常。C_xH_y还有刺激眼和鼻,降低鼻的机能的作用，在参与光化学反应后产生二次污染物，伤害人体机能破坏植物组织。高浓度的NO能引起中枢神经障碍，影响肺功能，容易引起咳嗽，气喘，甚至肺气肿。NO与HC结合，在阳光的照射下发生化学反应，在地面形成光化学烟雾，并刺激人眼、鼻、喉、肺,同时伤害植物。碳烟颗粒可深入人体肺部造成机械性超负荷，损伤肺内各种通道的自净机制，从而使其他化合物发挥致癌作用。另外，长期接触细微的碳烟颗粒，会增加肺部疾病或肺癌的发病风险。

柴油机尾气中的HC和CO可以通过氧化剂直接氧化去除，贵金属、过渡金属、碱金属和碱土金属以及各种金属复合氧化物主要用来作为催化碳烟燃烧的催化剂。由于柴油车尾气为稀燃气氛，有利于PM的催化燃烧，并不利于NO的消除。因此，需要提供外加的还原剂来达到消除NO的目的。选择催化还原(SCR,Selective catalytic reduction)技术就是在催化剂的作用下，在一定温度下，用外加还原剂的选择性，优先与NOx反应，将其还原为N₂和H₂O，常用的还原剂有NH₃(尿素)和HC。目前，NH₃-SCR是公认的最有效的消除NO的脱硝技术之一。

因此，选择合适的催化剂同时消除柴油车尾气中的四种主要污染物：PM，NOx，CO和HC迫在眉睫。

牛晓巍等人(CN 104307531 A)公开了净化柴油车尾气氮氧化物和碳颗粒催化剂及其制备方法，提供了一种净化柴油车尾气氮氧化物和碳颗粒催化剂及其制备方法，具有高孔隙率、高比表面积、纳米泡沫状尖晶石结构的消除柴油车尾气PM与NOx催化剂及其制备方法，解决了催化剂对柴油车尾气中PM与NOx净化效果不理想的技术问题。有效的控制了合成成本，且催化剂及前驱体对环境无毒性。CN 102188971 A公开了一种DPNR型柴油车尾气四效催化剂，该催化剂能够同时去除柴油车尾气中的四种主要污染物-碳烟颗粒物(PM)、氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)和未燃碳氢化合物(HC),且去除效果好，实用性强，满足现今市场需求，为柴油车尾气处理提供了新的技术支持。

由于柴油车最主要的和最难以去除的污染物为PM和NOx，因此发展四效催化技术的关键是针对这两种污染物的去除。

发明内容